我們不知道答案的125個科學問題器官的再生

06-25

題記：前面已經說過，生物學領域的問題是最為現成但卻對人類影響最大的問題。器官的再生預示著人類機體「零件」的自我修復而不是簡單移植，如果能解決這個問題，器官移植所帶來的限制（器官來源和排斥反應）將不復存在，這無疑會是人類科學一個重大的進步。

7.什麼控制著器官的再生？What Controls Organ Regeneration?

和經常更換零件的汽車不同，大多數人一生都不會去更換自己的器官也可以健康地生活很久，除非是自己的器官出現了重大的損傷，才迫不得已需要進行器官移植。當然人類不更換器官不是說人體器官能總和「原裝」的一樣不會出現功能衰竭的現象，但即便出現器官衰竭，人們也不可能像更換引擎或水泵一樣那麼容易地去更換自己的器官。在過去的幾個世紀以來，人類醫學不斷發展，戰勝了許多導致人類大面積死亡的可怕疾病，例如鼠疫等傳染病，但如今在許多發達國家中，越來越多的慢性疾病和器官衰竭等疾病已經嚴重威脅到了人們的健康，而且這些疾病的發病率伴隨著年齡的增長越來越變得不可忽視。可以預見，用來對付這類疾病的再生醫學技術（器官和組織的再造）在21世紀醫學領域的地位可能會相當於抗生素在20世紀醫學領域中的地位。所以，在再生醫學時代來臨之前，研究人員們必須首先弄清楚：是什麼生物信號在控制著機體器官的再生功能。

幾個世紀以來，研究人員對生物體損傷後的再生現象一直迷惑不解。例如，十八世紀中葉，瑞士博物學家Abraham Trembley（特朗布雷）就曾經記述：當我把水螅的身體切成數段，它依然能夠重新生長成完整健康的個體。在那個時代，其他的科學家還注意到了某些蜥蜴的尾巴斷掉後可以再生的現象。這以後大約一個世紀，Thomas Hunt Morgan（摩根）發現渦蟲和扁形蟲即使被切成279段依然可以獲得再生。後來摩根斷定「再生」可能是一個很難解決的問題，所以他放棄了渦蟲轉向了對果蠅的研究（托馬斯·亨特·摩根，1866年9月25日－1945年12月4日，美國遺傳學家、現代遺傳學之父，約翰霍普金斯大學博士。他在對果蠅遺傳突變的研究中，首次確認了染色體是基因的載體，還找出了多個突變基因在染色體上的分布位置，因此獲1933年諾貝爾生理醫學獎）。

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這之後，主流的生物學家們都追隨著摩根的腳步，把自己的研究對象都集中到適合研究遺傳和胚胎髮育的生物體上。但是有些研究人員則決心繼續研究這些能夠器官再生的物種，他們因此設計出了開創性的策略來研究這些有機體的再生問題。這方面的努力和對新再生物種模型（如斑馬魚和特殊鼠類系）的研究工作慢慢開始揭示出是什麼力量促使器官的再生或是什麼力量阻止了生物器官的再生過程。

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研究發現，動物機體主要採用三種策略來進行器官的再生過程。第一種是：通常不發生分裂的器官的細胞在器官組織損傷後重新開始分裂和增殖用以修復缺失的器官，比如火蜥蜴的心臟損傷後心肌細胞的再次分裂過程。第二種是：生物體內的某類特殊的細胞，在特定的條件下會停止原來的正常分化過程而進入一種更加靈活的可以進行複製的細胞狀態，然後再經過重新分化，變成損傷組織的細胞來修復損傷的器官。火蜥蜴和蠑螈就可以通過這種方式來修復它們被砍掉的肢體，斑馬魚也可以通過這種方式重新長出被剪掉的魚鰭。第三種就是：大量的幹細胞會湧入參與到修復損傷器官和組織的活動中。例如被切成數段的渦蟲就是利用這種方式來進行自我完整修復的。

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人類在某種程度上也具有以上三種基本的修復能力。例如人體的肝臟被切去一部分後，修複信號就激發休眠的肝臟細胞重新進行分裂生長，從而使肝臟恢復到原來的大小。研究人員發現，如果採用適當的刺激或誘導信號，人體的一些特殊的細胞會恢復到一個更為原始的活躍狀態。另外人體的幹細胞也在不斷幫助人體補充新鮮的血液、表皮和骨骼。可是，反過來，為什麼我們的心臟卻布滿疤痕（死去的心肌細胞纖維化形成的），我們的晶狀體會變得渾濁，以及我們的腦細胞會不斷死亡而不會再生？

蠑螈和渦蟲這類動物可以通過重新激發類似胚胎髮育期一樣的再生機制去修復它們損傷的組織，而我們人類在成年後卻失去了這種能力。在人類的胚胎時期，人體的所有器官可以被不斷分化生長出來。後來經過不斷地進化，人類成年時期器官再生的能力逐漸喪失或被抑制，這可能是因為再生所需要的活躍細胞的分裂能力會大大提高人類患癌症的風險（癌細胞會出現不正常的分裂能力）。或許我們應該進化出具有快速癒合傷口以降低感染的能力，儘管加速傷口癒合會給我們帶來更多的傷疤。但像蠑螈這類擅長器官再生的「專家」卻可以系統地進行傷口的癒合並能生長出原始的器官組織。目前的研究表明，避免組織纖維化可能意味著器官的再生和不再生之間的某種差異，例如實驗上阻止老鼠傷口疤痕的形成會導致老鼠的神經系統一直保持活躍，但是當疤痕形成後，神經系統的活躍度會馬上減弱。傷口的癒合對人體而言是一個非常奇妙的過程，其中最重要的是什麼激發了表皮細胞的再生，傷口癒合又是什麼阻止這個過程？

要解開器官再生的奧秘，可能決定於我們是否可以弄清楚人體的傷口癒合過程和具有再生能力的動物的傷口癒合過程之間到底存在什麼本質的差別。這種差別可能是非常微妙的：例如研究人員已經確認某些品種的老鼠可以在數周內癒合耳朵上的傷洞，而另外一些品種的老鼠卻從來都辦不到。進一步的研究發現：一些相對來說為數不多的基因上的差異似乎是造成老鼠傷口癒合能力差異的原因。也許將來利用基因編輯技術只需要改變區區幾個基因就可以把我們人類變成具有超級傷口癒合能力的生物。由此可以預見器官的再生（器官細胞的分裂）一定受細胞基因的控制，例如癌細胞反常分裂能力的出現就來源於細胞的基因突變，但器官損傷後基因如何來啟動和關閉這個過程是這個問題的本質所在？我們人類的基因編輯技術如何精準地去改變心臟細胞基因的哪個位點（或不去改變基因序列，而用帶有特殊基的功能蛋白去結合關閉哪個基因位點），就可以激發心肌細胞的分裂，而我們又能通過怎樣的手段來關閉這個分裂過程？

所以一旦科學家們真的可以開啟人類細胞的再生過程，新的問題又會出現：我們用什麼方法去保證這些具有再生能力的細胞不會變得瘋狂（如癌細胞）？我們該如何去保證器官的再生部分能保持其正常的尺寸，且具有正確的形狀並保持其正確的位置和方向？如果研究人員能夠完全解決以上這些問題，那麼人們才會真正願意為他們身體訂購「再生部件」，而不僅僅只為他們那1967年的野馬汽車去訂購零件了。

R. JOHNDAVENPORT